Ohjelmoitava kemiallinen oskillaattori

Kemiallisia oskillaattoreita on tutkittu jo pitkään ja sellaisen löydöstä on myönnetty jopa fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinto 2017. Tästä huolimatta tieteilijät eivät ymmärrä tarpeeksi elävien solujen kemiallisen toiminnan hallitsemista. Tämä on johtanut tutkimaan synteettisiä oskillaattoreita.

Uudessa tutkimuksessa David Soloveichik ja hänen tutkimusryhmänsä Austin Texasin yliopistosta osoittavat, kuinka ohjelmoidaan synteettiset oskillaattorit ja muut järjestelmät rakentamalla DNA-molekyylejä, jotka noudattavat erityisiä ohjeita.

Tutkimusryhmä on onnistunut rakentamaan ensimmäisen kemiallisen oskillaattorin, joka hyödyntää vain DNA-komponentteja - eikä proteiineja, entsyymejä tai muita perinteisempiä solukomponentteja.

Uudenlaista synteettistä oskillaattoria voidaan jonain päivänä käyttää synteettiseen biologiaan tai täysin keinotekoisiin soluihin niin, että tietyt prosessit tapahtuvat halutussa järjestyksessä.

Insinööreille tämä työ avaa insinööreille mahdollisuuden luoda DNA:sta kehittyneempiä molekyylikoneita. Riippuen siitä, miten molekyylikoneet on ohjelmoitu, voidaan tuottaa erilaisia käyttäytymismalleja, kuten viestintä- ja signaalinkäsittely, ongelmanratkaisu ja päätöksenteko, liikkeen ohjaus jne. – minkälainen tahansa piirilaskenta, jollaiset liittyvät yleensä vain elektronisiin piireihin.

Lähitulevaisuudessa DNA-piirejä voidaan ohjelmoida soluvapaiden kemiallisten järjestelmien käyttäytymiseen, jotka syntetisoivat monimutkaisia molekyylejä, diagnosoivat monimutkaiset kemialliset ilmiöt ja reagoivat ympäristöihinsä.

DNA-molekyyleistä kehitetty oskillaattorin ohjelmointikielellä saadaan aikaan toistettavia työnkulkuja, jotka voivat tuottaa muunlaisia kompleksisia jaksotteluja ja reagoida syötekemikaaleihin. Tutkijat laativat myös molekylaarisen kääntäjän, joka luo täsmällisiä vuorovaikutuksia aivan kuten tietotekniikan elektroniikassa, mutta joka on täysin uutta biokemian alalla.

Aiheesta aiemmin:

Olisiko DNA:sta apua